CN221281435U - 一种电气机柜环境智能监控装置 - Google Patents
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Abstract
一种电气机柜环境智能监控装置，其包括：CPU处理单元、按键模块、LED指示灯模块、485通讯模块、DI开关量输入模块、DO继电器输出模块、DC直流量采集模块、AC‑DC供电模块以及液晶显示模块，AC‑DC供电模块包括电源输入滤波器模块、AC‑DC电源模块以及DCDC电源模块，按键模块包括八选一数据选择器和八个机械按键，八个机械按键分别供用户执行上、下、左、右、加、减、确定、返回操作，LED指示灯模块用于指示电气机柜环境智能监控装置的通讯、异常、报警、跳闸四种工作状态；485通讯模块具有两个子模块，每个子模块包括单相反相器、带隔离485芯片以及通讯端，其中一个子模块的通讯端与温度传感器以及湿度传感器通讯，另一个子模块的通讯端与上位机通讯。
Description
技术领域
本实用新型涉及电气柜领域，具体而言，涉及一种电气机柜环境智能监控装置。
背景技术
近年来，我国新能源行业发展较为迅速，在国家的大力支持下，目前已经进入快速发展阶段，在发展的过程中相关的配套设施和技术显得尤为重要，例如旧式的箱变、SVG箱、预装式配电房等电气柜(箱)式的户外电气设备，运行环境十分恶劣(例如：早晚温差大、基础返潮大、空气相对湿度大、夏季温度过高等等问题)，现场运行的大量箱变、SVG箱、预装式配电房内部出现了不同程度凝露或结冰情况。凝露产生的水珠滴落在机柜内部元器件、接线端子、母排、线路板等上边，造成短路、放电、绝缘缺陷锈蚀或电气性能缺失等，危及设备和人身安全。
电气柜(箱)内精密电子和电气元件越来越多，安装也越来越紧凑。柜内元件的发热量也会增大，同时，设备室外运行，早晚的温差大、基础返潮大、空气相对湿度大、夏季温度过高等等问题经常引起设备故障甚至引发事故，严重影响安全生产。
实用新型内容
本实用新型提供一种电气机柜环境智能监控装置，用以解决上述现有技术存在的技术问题。
为达到上述目的，本实用新型提供了一种电气机柜环境智能监控装置，其包括：CPU处理单元、按键模块、LED指示灯模块、485通讯模块、DI开关量输入模块、DO继电器输出模块、DC直流量采集模块、AC-DC供电模块以及液晶显示模块，其中，
CPU处理单元与按键模块、LED指示灯模块、485通讯模块、DI开关量输入模块、DO继电器输出模块、DC直流量采集模块、AC-DC供电模块以及液晶显示模块连接，
AC-DC供电模块用于将220V交流电转换为直流电，包括电源输入滤波器模块、AC-DC电源模块以及DCDC电源模块，AC-DC电源模块连接在电源输入滤波器模块以及DCDC电源模块之间，电源输入滤波器模块与220V交流电源连接，AC-DC电源模块输出5V直流电和24V直流电，其中，5V直流电为485通讯模块供电，24V直流电为DO继电器输出模块供电，5V直流电进一步经DCDC电源模块进行电压转换后得到3.3V直流电，3.3V直流电为CPU处理单元、按键模块、LED指示灯模块、DI开关量输入模块、DO继电器输出模块、DC直流量采集模块以及液晶显示模块供电，
按键模块与AC-DC供电模块、DC直流量采集模块以及CPU处理单元连接，按键模块包括八选一数据选择器和八个机械按键，八个机械按键分别供用户执行上、下、左、右、加、减、确定、返回操作，
LED指示灯模块采用单片机引脚直连方式与CPU处理单元以及AC-DC供电模块连接，LED指示灯模块用于指示电气机柜环境智能监控装置的通讯、异常、报警、跳闸四种工作状态；
485通讯模块与CPU处理单元、AC-DC供电模块以及DO继电器输出模块连接，485通讯模块具有两个子模块，每个子模块包括一单相反相器、一带隔离485芯片以及一通讯端，其中一个子模块的通讯端与温度传感器以及湿度传感器通讯，另一个子模块的通讯端与上位机通讯；
DI开关量输入模块与CPU处理单元以及AC-DC供电模块连接，DI开关量输入模块用于采集开关量信号并将其发送至CPU处理单元，DI开关量输入模块包括4个子电路，每个子电路均包括电源正极、电源负极、第一限流电阻、第二限流电阻、二极管、分压电阻、隔离光耦以及上拉电阻，其中，隔离光耦包括一输入二极管以及一光敏三极管；
DO继电器输出模块与CPU处理单元、485通讯模块以及AC-DC供电模块连接，DO继电器输出模块包括两个八位移位寄存器以及八路继电器，八位移位寄存器内部具有八位并行缓存器，DO继电器输出模块对八路继电器进行自动控制；
DC直流量采集模块与CPU处理单元以及AC-DC供电模块连接，DC直流量采集电路包括三个三线制温度采集电路和三个直流量采集电路，其中，三线制温度采集电路中的温度传感器为PT100铂电阻，直流量采集电路用于采集4-20mA直流量信号，DC直流量采集模块采集到的信号输入至CPU处理单元；
液晶显示模块与AC-DC供电模块、DO继电器输出模块、485通讯模块以及CPU处理单元连接，液晶显示模块采用ST7565R驱动扫描方式。
在本实用新型的一实施例中，CPU处理单元采用高性能的32位CPU，选用ARMCortexTM-M0F核，主频为48MHz。
在本实用新型的一实施例中，液晶显示模块采用12864液晶屏。
本实用新型提供的电气机柜环境智能监控装置针对工业领域电气柜(箱)的需求，结合了电气柜(箱)的运行情况，实现了对电气柜的智能监控，电气机柜环境智能监控装置通过测量高、低压室的环境温度和湿度(总共两路)，测量箱变高、低压室内顶板露点温度(总共两路)，同时测量1路变压器的油面温度，当变压器油温过高时，可以输出超温报警和超温跳闸干接点信号，完成变压器超温预警和跳闸功能，通过烟雾传感器进行高、低压室火灾预警，可以输出烟雾报警干接点信号；同时485通讯模块具有与上位机通讯的功能，能够将相关数据信息上传；显示方面采用12864液晶屏，成本低，数据可视化，友好的人机界面，结构清晰，使用方便；本实用新型主要针对电气柜(箱)出现的高温、低温、火灾及凝露等经常出现的环境现象而采取得综合治理方案，优化和改善了电气设备的运行环境，降低了电气设备由于环境因素而发生故障的几率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型一实施例的电气机柜环境智能监控装置的示意图；
图2为本实用新型一实施例的AC-DC供电模块的电路图；
图3为本实用新型一实施例的按键模块的电路图；
图4为本实用新型一实施例的LED指示灯模块的电路图；
图5为本实用新型一实施例的485通讯模块的电路图；
图6为本实用新型一实施例的DI开关量输入模块的电路图；
图7为本实用新型一实施例的DO继电器输出模块的电路图；
图8a为本实用新型一实施例的DC直流量采集模块的三线制温度采集电路的电路图；
图8b为本实用新型一实施例的DC直流量采集模块的直流量采集电路的电路图；
图9为本实用新型一实施例的液晶显示模块的电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1为本实用新型一实施例的电气机柜环境智能监控装置的示意图，如图1所示，本实用新型提供的电气机柜环境智能监控装置包括：CPU处理单元、按键模块、LED指示灯模块、485通讯模块、DI开关量输入模块、DO继电器输出模块、DC直流量采集模块、AC-DC供电模块以及液晶显示模块，其中，
CPU处理单元与按键模块、LED指示灯模块、485通讯模块、DI开关量输入模块、DO继电器输出模块、DC直流量采集模块、AC-DC供电模块以及液晶显示模块连接，本实施例的CPU处理单元采用高性能的32位CPU，选用ARM CortexTM-M0F核，主频为48MHz，以满足本实用新型对于数据处理速度的要求。
AC-DC供电模块用于将220V交流电转换为直流电，包括电源输入滤波器模块、AC-DC电源模块以及DCDC电源模块，AC-DC电源模块连接在电源输入滤波器模块以及DCDC电源模块之间，电源输入滤波器模块与220V交流电源连接，AC-DC电源模块输出5V直流电和24V直流电，其中，5V直流电为485通讯模块供电，24V直流电为DO继电器输出模块供电，5V直流电进一步经DCDC电源模块进行电压转换后得到3.3V直流电，3.3V直流电为CPU处理单元、按键模块、LED指示灯模块、DI开关量输入模块、DO继电器输出模块、DC直流量采集模块以及液晶显示模块供电，
图2为本实用新型一实施例的AC-DC供电模块的电路图，AC-DC电源供电模块采用交流220V电源输入，P1为电源输入滤波器模块，P2为AC-DC电源模块，AC-DC电源模块输出一路DC5V和一路DC24V电源，AC-DC电源模块包含滤波元件、防过电压元件以及过电流保护元件，F1保险丝起到过载保护作用，高压陶瓷电容C1、C2和压敏电阻R1进一步稳定电源的输入电压，电源输入滤波器模块输入的220V交流电经AC-DC电源模块P2进行电压转换，得到两路直流电，得到的5V直流电为485通讯模块供电，滤波电容C3和电解电容C4稳定电源输出电压，得到的24V直流电为DO继电器输出模块供电，滤波电容C5和电解电容C6稳定电源输出电压；另外，5V直流电还分出一支路，该支路经DCDC电源模块U3进行电压转换，得到3.3V直流电，3.3V直流电为CPU处理单元、按键模块、LED指示灯模块、DI开关量输入模块、DO继电器输出模块、DC直流量采集模块以及液晶显示模块供电。
按键模块与AC-DC供电模块、DC直流量采集模块以及CPU处理单元连接，按键模块包括八选一数据选择器和八个机械按键，八个机械按键分别供用户执行上、下、左、右、加、减、确定、返回操作，
图3为本实用新型一实施例的按键模块的电路图，如图3所示，按键模块电路由特定的电阻、电容、八选一数据选择器U6以及八个机械按键组成，提高了数据通讯的抗干扰性能，机械按键使用寿命长，减少了误触率和故障率；八选一数据选择器U6中的KEY1、KEY2、KEY3、KEY4、KEY5、KEY6、KEY7、KEY8为按键信号的输入，G为低电平时，根据八选一数据选择器U6数据表顺序，通过数据线A、B、C来进行模拟输入按键信号的波形输入，当信号值输出端DI0为低电平时，输出已获取的按键值，8个按键来控制上、下、左、右、加、减、确定、返回，便于用户切换菜单界面、功能选项及数据查询等，图中“3.3V”表示电压值为+3.3V，由DCDC电源模块U3输出。
LED指示灯模块采用单片机引脚直连方式与CPU处理单元以及AC-DC供电模块连接，LED指示灯模块用于指示电气机柜环境智能监控装置的通讯、异常、报警、跳闸四种工作状态；
图4为本实用新型一实施例的LED指示灯模块的电路图，如图4所示，LED指示灯模块由特定的电阻、电容组成电路，并采用单片机引脚直连方式，省去LED驱动IC，降低成本，图中“3.3V”表示电压值为+3.3V，由DCDC电源模块U3输出。
485通讯模块与CPU处理单元、AC-DC供电模块以及DO继电器输出模块连接，485通讯模块具有两个子模块，每个子模块包括一单相反相器、一带隔离485芯片以及一通讯端，其中一个子模块的通讯端与温度传感器以及湿度传感器通讯，另一个子模块的通讯端与上位机通讯；
图5为本实用新型一实施例的485通讯模块的电路图，如图5所示，485通讯模块由特定的电阻、电容、电感及单相反相器U8、U10、带隔离485芯片U9、U11组成，提高数据通讯的抗干扰性能，其中，带隔离485芯片U9、U11实现电流隔离，确保数据传输不是通过电气连接或泄漏路径，从而避免安全风险；图中“3.3V”表示电压值为+3.3V，由DCDC电源模块U3输出，图中所有的“3.3V”为同一个连接点，图中“VCCISO1和VCCISO2”是AC-DC电源模块P2输出后隔离得到的电源；485A1、485B1为其中一个子模块的通讯端，与温度传感器以及湿度传感器交互通讯，485A2、485B2为另一个子模块的通讯端，与上位机通讯；485通讯模块将采集到的温湿度等数据实时上送并显示在液晶显示模块，进行可视化工作。
DI开关量输入模块与CPU处理单元以及AC-DC供电模块连接，DI开关量输入模块用于采集开关量信号并将其发送至CPU处理单元，DI开关量输入模块包括4个子电路，每个子电路均包括电源正极、电源负极、第一限流电阻、第二限流电阻、二极管、分压电阻、隔离光耦以及上拉电阻，其中，隔离光耦包括一输入二极管以及一光敏三极管；
图6为本实用新型一实施例的DI开关量输入模块的电路图，如图6所示，DI开关量输入模块4个子电路可采集4路开关量信号，4个子电路输出端的端口号分别为DI1、DI2、DI3、DI4，例如：端口号为DI1的子电路包括电源正极+24V、限流电阻R23、R27、分压电阻R25、隔离光耦U9、电源负极24V-，分压电阻R25保护隔离光耦U9的输入二极管处于安全的工作电压范围，二极管D11限定隔离光耦U9的输入二极管的反向电压在安全范围内，上拉电阻R21和隔离光耦U9的光敏三极管组成分压电路，上拉电阻R21使开关量无输入时，有一个稳定的高电平信号。以上只举例了其中一个子电路的开关量输入，其它三个子电路与此相同，端口号DI1将采集到的遥信状态发送至CPU处理单元，图中“3.3V”表示电压值为+3.3V，由DCDC电源模块U3输出，图中所有的“3.3V”为同一个连接点，DI开关量输入模块的主要作用是用来接收检测DC24V开关量信号。
DO继电器输出模块与CPU处理单元、485通讯模块以及AC-DC供电模块连接，DO继电器输出模块包括两个八位移位寄存器以及八路继电器，八位移位寄存器内部具有八位并行缓存器，DO继电器输出模块对八路继电器进行自动控制；
图7为本实用新型一实施例的DO继电器输出模块的电路图，如图7所示，DO继电器输出模块电路由特定的电阻、电容、光耦、两个八位移位寄存器U3、U4及24V继电器组成，提高数据通讯的抗干扰性能；八位移位寄存器在L_SCK的上升沿，串行数据由L_RCK输入到内部的八位位移缓存器，在L_SI上升沿时，将Q0-Q7八位位移缓存器的数据存入八位并行缓存器，当串行数据输入端OE的控制信号为低使能时，并行输出端的输出值等于并行输出缓存器所存储的值，根据并行输出缓存器所存储的值来对八路继电器进行控制，图中“3.3V”表示电压值为+3.3V，由DCDC电源模块U3输出，图中所有的“3.3V”为同一个连接点，图中“24V”表示电压值为+24V，由AC-DC电源模块P2输出。
DC直流量采集模块与CPU处理单元以及AC-DC供电模块连接，DC直流量采集电路包括三个三线制温度采集电路和三个直流量采集电路，其中，三线制温度采集电路中的温度传感器为PT100铂电阻，直流量采集电路用于采集4-20mA直流量信号，DC直流量采集模块采集到的信号输入至CPU处理单元；
图8a为本实用新型一实施例的DC直流量采集模块的三线制温度采集电路的电路图，图8b为本实用新型一实施例的DC直流量采集模块的直流量采集电路的电路图，如图8a、图8b所示C直流量采集模块由特定的电阻、电容、磁珠、肖特基二极管、运算放大器U4、U5及两个多路模拟开关U1、U2组成，提高电路采样的灵活性和抗干扰性能；图8a所示的三线制温度采集电路可采集PT100铂电阻采集到的直流量信号(温度信号)，例如：第一路Pt100铂电阻接在DC1+、DC1’、DC1接口处，肖特基二极管D8保护“DC1+”和“DC1’”电压信号在安全电压范围内，磁珠L3、L6滤除接口处的干扰信号，经过模拟开关U2，由特定的运算放大电路得到“AD_IN4”信号，“AD_IN4”信号经采集电路转换后的直流电压信号发送至CPU处理器单元，以上只举例了其中一路三线制温度采集电路的形式，其它两路三线制温度采集电路与此形式相同。第一路直流量采集电路，外部输出的4-20mA信号接到DC4+上，肖特基二极管D4保护“DC4+”电压信号在安全电压范围内，磁珠L8滤除接口处的干扰信号，R15为采样电阻，将4-20mA电流信号转换为电压信号发送到CPU处理器单元。低通电阻R16、R12和滤波电容C16组成低通滤波电路，“DC4+”作为4-20mA信号经采集电路转换后的直流电压信号发送至CPU处理器单元，以上只举例了其中一个直流量采集电路的形式，其它两个直流量采集电路与此形式相同。
液晶显示模块与AC-DC供电模块、DO继电器输出模块、485通讯模块以及CPU处理单元连接，液晶显示模块采用ST7565R驱动扫描方式。
图9为本实用新型一实施例的液晶显示模块的电路图，如图9所示，液晶显示模块由特定电阻、电容、12864液晶屏组成，传输快，稳定性强，采用12864液晶显示技术实现了分布式监测，数据集中管理的模式，大大降低了运维成本，采用ST7565R驱动扫描方式，重要的引脚有RES、SDA、SCLK、RS、CS；使用SPI传输方式，当PS被拉低时就是表示“串行传输模式”，CS为使能信号(低电平有效)，RS为命令或数据决定信号(1代表数据，0代表命令)，SCLK为串行时钟信号，SDA为串行输入信号，CS为使能信号(低电平有效)时，在SCLK的上升沿，串行数据由SDA输入到内部的位移缓存器，当串行数据输入端CS的控制信号为高使能时，串行输出端的输出值等于串行输出缓存器所存储的值，图中“3.3V”表示电压值为+3.3V，由DCDC电源模块U3输出。电气机柜环境智能监控装置运行过程中出现的装置异常、报警及跳闸都能及时在液晶显示模块进行提醒，便于使用者实时掌握系统所属各端局设备的维护作业等运行情况。
本实用新型提供的电气机柜环境智能监控装置针对工业领域电气柜(箱)的需求，结合了电气柜(箱)的运行情况，实现了对电气柜的智能监控，电气机柜环境智能监控装置通过测量高、低压室的环境温度和湿度(总共两路)，测量箱变高、低压室内顶板露点温度(总共两路)，同时测量1路变压器的油面温度，当变压器油温过高时，可以输出超温报警和超温跳闸干接点信号，完成变压器超温预警和跳闸功能，通过烟雾传感器进行高、低压室火灾预警，可以输出烟雾报警干接点信号；同时485通讯模块具有与上位机通讯的功能，能够将相关数据信息上传；显示方面采用12864液晶屏，成本低，数据可视化，友好的人机界面，结构清晰，使用方便；本实用新型主要针对电气柜(箱)出现的高温、低温、火灾及凝露等经常出现的环境现象而采取得综合治理方案，优化和改善了电气设备的运行环境，降低了电气设备由于环境因素而发生故障的几率。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。
Claims (3)
1.一种电气机柜环境智能监控装置，其特征在于，包括：CPU处理单元、按键模块、LED指示灯模块、485通讯模块、DI开关量输入模块、DO继电器输出模块、DC直流量采集模块、AC-DC供电模块以及液晶显示模块，其中，
CPU处理单元与按键模块、LED指示灯模块、485通讯模块、DI开关量输入模块、DO继电器输出模块、DC直流量采集模块、AC-DC供电模块以及液晶显示模块连接，
AC-DC供电模块用于将220V交流电转换为直流电，包括电源输入滤波器模块、AC-DC电源模块以及DCDC电源模块，AC-DC电源模块连接在电源输入滤波器模块以及DCDC电源模块之间，电源输入滤波器模块与220V交流电源连接，AC-DC电源模块输出5V直流电和24V直流电，其中，5V直流电为485通讯模块供电，24V直流电为DO继电器输出模块供电，5V直流电进一步经DCDC电源模块进行电压转换后得到3.3V直流电，3.3V直流电为CPU处理单元、按键模块、LED指示灯模块、DI开关量输入模块、DO继电器输出模块、DC直流量采集模块以及液晶显示模块供电，
按键模块与AC-DC供电模块、DC直流量采集模块以及CPU处理单元连接，按键模块包括八选一数据选择器和八个机械按键，八个机械按键分别供用户执行上、下、左、右、加、减、确定、返回操作，
LED指示灯模块采用单片机引脚直连方式与CPU处理单元以及AC-DC供电模块连接，LED指示灯模块用于指示电气机柜环境智能监控装置的通讯、异常、报警、跳闸四种工作状态；
485通讯模块与CPU处理单元、AC-DC供电模块以及DO继电器输出模块连接，485通讯模块具有两个子模块，每个子模块包括一单相反相器、一带隔离485芯片以及一通讯端，其中一个子模块的通讯端与温度传感器以及湿度传感器通讯，另一个子模块的通讯端与上位机通讯；
DI开关量输入模块与CPU处理单元以及AC-DC供电模块连接，DI开关量输入模块用于采集开关量信号并将其发送至CPU处理单元，DI开关量输入模块包括4个子电路，每个子电路均包括电源正极、电源负极、第一限流电阻、第二限流电阻、二极管、分压电阻、隔离光耦以及上拉电阻，其中，隔离光耦包括一输入二极管以及一光敏三极管；
DO继电器输出模块与CPU处理单元、485通讯模块以及AC-DC供电模块连接，DO继电器输出模块包括两个八位移位寄存器以及八路继电器，八位移位寄存器内部具有八位并行缓存器，DO继电器输出模块对八路继电器进行自动控制；
DC直流量采集模块与CPU处理单元以及AC-DC供电模块连接，DC直流量采集电路包括三个三线制温度采集电路和三个直流量采集电路，其中，三线制温度采集电路中的温度传感器为PT100铂电阻，直流量采集电路用于采集4-20mA直流量信号，DC直流量采集模块采集到的信号输入至CPU处理单元；
液晶显示模块与AC-DC供电模块、DO继电器输出模块、485通讯模块以及CPU处理单元连接，液晶显示模块采用ST7565R驱动扫描方式。
2.根据权利要求1所述的电气机柜环境智能监控装置，其特征在于，CPU处理单元采用高性能的32位CPU，选用ARM CortexTM-M0F核，主频为48MHz。
3.根据权利要求1所述的电气机柜环境智能监控装置，其特征在于，液晶显示模块采用12864液晶屏。
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| CN221281435U true CN221281435U (zh) | 2024-07-05 |
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| GR01 | Patent grant |